冯跃缪祥琎
云南电网有限责任公司文山供电局
摘要：我国电力行业正在向大机组、大容量、高电压等级电网发展，对电力安全、经济运行提出了更高要求电力高压设备是电网稳定可靠运行的关键对保障社会正常生产和企业正常运行具有重要意义。高电压、大容量的电力变压器是输变电系统中最关键的设备，在实际运行中会受到电、热、机械、环境等各种因素的影响，绝缘性能可能发生劣化，安全性能下降，甚至导致发生故障，从而引起局部乃至大面积停电等重大电力事故，造成巨大的直接或间接经济损失和社会影响。因此，对电力高压设备进行必要的监测，保证其稳定运行，对电力系统运行的可靠性、安全性具有重要意义。
关键词：真空搅拌振荡技术；变压器油色谱在线监测；系统
实施电力变压器故障诊断，对于提高整个电力系统安全运行的可靠性是非常必要的。变压器存在局部过热或局部放电时，故障部位的绝缘油或固体绝缘物将会分解出小分子烃类气体（如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等）和其他气体（如H2、CO、CO2等）。上述每种气体在油中的浓度和油中可燃气体的总浓度（TCG）均可作为变压器设备内部故障诊断的指标。
一直以来油中溶解气体采用气相色谱法分析作为故障诊断的常用方法来判断油浸类电力设备的运行状况。其主要优点是能够提供油中溶解的各种气体浓度的定量分析。但其操作过程复杂，需要大量熟练的专业人员进行跟踪检测分析。另外，为了使气相色谱能够稳定地工作，需要较长的准备时间（一般需提前几个小时通载气使气流稳定），从而导致较高的运行管理费用。随着我国电力向大电网、大机组、高容量、高电压等级的迅猛发展，对关键电力设备运行状态的实时把握提出越来越高的技术要求，变压器油色谱在线监测从本质上改变了传统的变压器油检测方式，不但提高了企业管理运营效率，也有效保障了变压器运行的安全可靠性。
变压器油色谱在线监测系统采用广谱型气相色谱分析基本原理。变压器油经油气分离器，在内置电磁激振器的作用下，将分离出的油中特征故障气体导入气体定量室。定量室中的混合故障气体在载气的作用下经过色谱柱，色谱柱对不同气体具备不同的亲和作用，故障特性气体被依此分离。气敏传感器按出峰顺序对故障特性气体逐一进行检测，并将故障气体的浓度特性转换成电信号。数据采集器对电信号进行转换处理、存储。控制计算机经系统通讯网络获取日常监测原始数据。系统分析软件对数据进行分析处理，分别计算出故障气体各组份及总烃含量；故障诊断专家系统对变压器油色谱数据进行综合分析诊断，实现变压器故障的在线监测分析。
1项目研究目标
大型变压器作为电力生产和输送的主要变电设备，是整个电网系统的核心设备之一，其安全性能至关重要。由于诸多方面的原因，设备的突发故障时有发生，一旦出现严重故障，会出现大面积停电，严重影响了电网的安全稳定运行，必将造成重大经济损失。因此，为确保大型变压器的安全运行，大型变压器的定期检修以及状态维护，是今后变压器维护方式的发展方向。
油中溶解气体分析诊断技术包括从设备中取出油样，再从油中分离溶解气体，用气相色谱或其他技术分析该气体的成分和含量，判定设备内有无内部故障，诊断其故障类型，并推定故障点的温度、故障能量等。
一般认为，变压器发生故障时生成的特征气体主要有氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。变压器发生不同的故障会产生不同的特征故障气体量，利用绝缘油中溶解气体分析，检测充油电气设备内部早期故障，已经成为变压器等油浸式电气设备绝缘监测的一个重要手段。油中溶解气体分析技术关键点有两个：油气分离技术和混合气体检测技术。在检测过程中，油样脱气效率是决定检测结果准确性的重要因素，利用高效的油气分离原理可以有效保障检测结果。
变压器油色谱在线监测系统采用真空及振荡相结合的的油气脱气技术，配合使用当今国际最新高效复合色谱柱及高精度传感器。主要原理为变压器油经油气分离器，在真空及搅拌振荡作用下实现油气分离，冷阱除杂后，故障特性气体被导入定量室。定量室中的混合故障气体在载气的作用下经过色谱柱，色谱柱对不同气体具有不同的亲和力作用，故障特性气体被依次分离出。气敏传感器按出峰顺序对故障特性气体逐一进行检测，并将故障气体（氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）或二氧化碳（CO2）七种故障特征气体做出准确分析，并能辅助实现油中微水的在线分析）的浓度特性转换成电信号。数据采集器中心CPU对电信号进行转换处理、存储。数据采集器嵌入式工控机经RS485通讯获取本机日常监测原始数据。嵌入式数据分析软件对数据进行分析处理，分别计算出故障气体各组份及总烃含量。后台主控计算机故障诊断专家系统对变压器油色谱数据进行综合分析诊断，实现变压器故障的在线监测分析。
图1系统原理图
2项目研究必要性
在变压器油色谱在线监测技术领域，市场上的同类产品都需要外置载气瓶，以供油色谱脱气和气相分离。载气瓶存在储气量变化的缺点，不能有效配合真空搅拌振荡这种高效的脱气技术，需要研究一种可以可持续提供稳定气源的装置，为变压器油色谱在线监测系统提供可靠的载气。另外，根据国家电网的最新指导意见（变电设备在线监测装置质量提升方案）中提到，监测周期是2个小时，即现场设置每两个小时采样一次。通过连续的不间断的测量，以发现突发性故障特征气体升高的现象。根据以前的导则要求，变压器油色谱采样装置的采集周期是每天一次，而现在的目标最少每天12次，这使每瓶载气的使用寿命由半年缩短为一个月。其中载气的使用频率高，使得每瓶载气的实际使用周期大大降低，不得不频繁更换载气。这远远满足不了现场的使用要求。
3项目实施意义
变压器油色谱在线监测系统无载气瓶设计可以增加检测频率，降低后期维护的工作量。真空搅拌振荡脱气技术实现油气分离；冷阱设计可彻底隔离了油气分子对重要部件的污染。避免色谱柱、传感器毒化，确保了检测性能，有利确保和提高系统检测的准确性，实现了现场设备完全免维护。变压器油闭路循环与电磁激振技术不但加快了油气的分离速度，同时也确保了被检测油样的活性，不消耗、不污染变压器油。如果使用外置载气瓶的变压器油色谱在线监测系统配合真空搅拌振荡脱气技术，当载气瓶中气体含量低的时候，可导致载气供给量不足，从而影响脱气效率，使得监测结果出现误差。如果利用气源发生器，则可以提供稳定可靠的载气，保证监测数据的稳定性。
直接效益：
该成果运行后，将大大提高检测频率以及检测结果准确性，提高系统检测寿准确性，减少后期维护费用。
间接效益：
变电站设备状态监测系统是实现变电设备状态运行检修管理、提升变电专业生产运行管理精益化水平的重要手段。系统通过各种传感器技术、广域通信技术和信息处理技术实现各类变电设备运行状态的实时监测、监视预警、分析诊断和评估预测，其建设和推广工作对提升电网智能化水平、实现输变电设备状态运行管理具有积极而深远的意义。
4结语
此技术的研究可提升变压器油中溶解气体在线监测装置使用效果和运行可靠性，充分发挥监测装置的作用，保障变压器安全稳定运行，切实做到实时监视设备状态，及时准确检出设备异常，避免重大设备事故发生。并可以减低在线监测装置的误报率、漏报率、故障率，提高数据准确率。